Despite the predominant use of first-order methods for training deep learning models, second-order methods, and in particular, natural gradient methods, remain of interest because of their potential for accelerating training through the use of curvature information. Several methods with non-diagonal preconditioning matrices, including KFAC, Shampoo, and K-BFGS, have been proposed and shown to be effective. Based on the so-called tensor normal (TN) distribution, we propose and analyze a brand new approximate natural gradient method, Tensor Normal Training (TNT), which like Shampoo, only requires knowledge of the shape of the training parameters. By approximating the probabilistically based Fisher matrix, as opposed to the empirical Fisher matrix, our method uses the block-wise covariance of the sampling based gradient as the pre-conditioning matrix. Moreover, the assumption that the sampling-based (tensor) gradient follows a TN distribution, ensures that its covariance has a Kronecker separable structure, which leads to a tractable approximation to the Fisher matrix. Consequently, TNT's memory requirements and per-iteration computational costs are only slightly higher than those for first-order methods. In our experiments, TNT exhibited superior optimization performance to state-of-the-art first-order methods, and comparable optimization performance to the state-of-the-art second-order methods KFAC and Shampoo. Moreover, TNT demonstrated its ability to generalize as well as first-order methods, while using fewer epochs.


翻译:尽管在培训深层次学习模型方面主要使用一级方法,但二阶方法,特别是自然梯度方法,仍然令人感兴趣,因为它们有可能通过使用弯曲信息加快培训速度。一些使用非直角先决条件矩阵的方法,包括KFAC、Shampoo和K-BFGS,已经提出并证明是有效的。根据所谓的高端正常(TN)分布,我们提议并分析一种品牌新的近似自然梯度法,Tensor正常培训(TNT),这与Shampoo一样,只需要了解培训参数的形状。因此,相对于实证的渔业矩阵,我们的方法采用以概率为基础的渔业矩阵基质矩阵,我们的方法采用基于取样梯度的轮廓轮廓轮廓轮廓轮廓轮廓轮廓轮廓轮廓轮廓轮廓轮廓轮廓轮转,其第二个变式结构比Kronecker separble(TNT)更小,这只导致与渔业矩阵的轮廓相近。因此,TNT-NT的记忆和机序级平级平级平级平级计算方法仅以其平级平级平级平整的平整。这些方法,其平级平级平级平级的平级的平级的平级计算方法,其平比我们的平级计算方法,其平级平级平级的平级的平级的平级平级计算方法仅是。

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